PCIe Gen3Gen4接纳端链路均衡测验—实践篇

发布时间：2023-05-20 08:07:07   来源：BOB主页

　　聚集于PCIe 3.0和4.0中的动态均衡技能，本文介绍其原理、完结及其相关的一致性测验，这种动态均衡技能被称作“Link Equalization”（链路均衡，简称为LEQ）。本系列文章分上下两篇，本文是下篇实践篇，要点介绍Rx链路均衡的测验和调试，泰克公司的主动化软件为此供给了业界最优的处理计划。

　　在PCIe 2.0的年代，一般只需保证了发送端的信号质量，那么整个体系也就能够正常作业；因此接纳端测验并不是必测项。但在PCIe 3.0/4.0中，由于速率成倍的添加；而且又通过长走线的传输，因此在接纳端选用了杂乱的均衡技能；因此在PCIe 3.0/4.0中接纳端测验归于必测项。

　　泰克公司的BSX系列的误码仪是业界高功用的串行误码仪，能够完结高达32Gbps的码型产生和误码剖析功用，一起其内部集成有预加剧模块、噪声注入、颤动注入等，支撑根据协议的握手功用。因此十分合适PCIe 3.0和4.0的接纳端测验。由于BSX系列最高支撑到32Gbps，因此它也能够充分地满意未来的PCIe 5.0的接纳端测验的要求。图1是运用BSX系列的误码仪进行PCIe 3.0d的接纳端测验的示意图。

　　在PCIe 3.0 & 4.0的接纳端内部集成了杂乱的单元，例如：均衡电路、时钟恢复电路、以及判定电路等；它们都是不能直接勘探到的。因此，接纳端关于测验人员来说，是一个黑盒子。PCI-SIG协会的规范开发人员，在面对此种困难时，开发了一套被称作“压力眼图（Stressed Eye）”的办法论来完结对接纳端的评价。这种办法论的中心思维便是：通过向接纳端施加一个严峻劣化的信号（即压力眼图），来检测在此种状况下，接纳端是否仍能够正确地接纳信号。因此，无论是PCIe 3.0 & 4.0 Rx LEQ的测验，基本上都能够分解成三个进程：压力眼图的校准、进入环回形式、进行误码率测验。

　　压力眼图的校准便是：定量地规则这个劣化信号劣化到何种程度、以及丈量该劣化信号的办法；

　　进入环回形式：为了检测接纳端是否正确接纳该信号；需求将现已接纳到的信号原封不动地环回到待测的发送端；然后误码仪对这个环回的信号进行判别。因此需求让待测进入环回形式；

　　在压力眼图的校按时，涉及到信号的特性剖析以及调整迭代，这些都需求重复进行，人工手动操作十分地耗时，而且吃力不讨好。为此，泰克公司供给了业界最优的PCIe Rx主动化测验软件（BSXPCI4CEM），如图2所示。通过泰克公司的PCIe Rx主动化测验软件，能够大大缩短开发人员的研制时刻，供给产品的可靠性。

　　关于这个压力眼图恶劣到何种程度，必需求进行精确地定量地描绘，因此在PCIe的规范中，给出了这个压力眼图的要求。无论是PCIe 3.0仍是PCIe 4.0，校准进程都分为两个阶段：

　　TP1校准：TP1指的是整个参阅信道的近端，在该处校准起伏、随机颤动Rj、正弦颤动Sj、以及Tx EQ。

　　TP2校准：TP2指的是整个参阅信道的远端，在该处校准DMSI、CMSI、以及终究的眼高/眼宽。

　　无论是PCIe 3.0，仍是PCIe 4.0，TP1的校准进程都是相同的，而且较为简略；不区别待测目标是插卡仍是体系板，整个拓扑衔接如图3所示。

　　TP2校原则衔接较为杂乱，耗时较长；而且关于插卡和体系板来说，拓扑衔接是不同的。而且在PCIe 3.0和PCIe 4.0中，TP2校准的战略有所不同。在PCIe 3.0中，是通过调整DMSI和Rj来到达终究的眼高/眼宽。而在PCIe 4.0中，则首要通过调整ISI来使得眼图挨近终究的眼高/眼宽，这一进程为粗调；然后再通过调整Sj、DMSI、或起伏来取得终究的眼图，这一进程为细调。

　　PCIe 3.0的TP2校准的拓扑衔接如图4所示。关于插卡的校准来说，在其拓扑衔接中选用的是两衔接头的拓扑结构，这是为了模仿实在的服务器背板的恶劣信道状况。整个参阅信道是由图4（a）中的物理参阅信道和SigTest通过软件嵌入的信道两部分组成。

　　完结了拓扑衔接之后，就能够进行PCIe 3.0的TP2的校准了。在终究眼高/眼宽的校准进程，通过调整Rj和DMSI，来到达终究的眼高/眼宽要求。这儿存在的危险是：有时分协会供给的治具一致性较差；需求很大的Rj或DMSI才干够到达终究的眼高/眼宽要求。而这并不符合在实在的状况下的Rj和DMSI的状况。

　　因此在PCIe 4.0中TP2的校准修改了相应的校准战略，引进了一个ISI板，优先来调理参阅信道的ISI值，来对眼图进行调整。当眼图挨近到终究的眼高/眼宽邻近时，再通过调整DMSI，Sj和起伏来到达终究的眼高/眼宽，而且DMSI，Sj和起伏的调整规模做了约束，然后能够比较实在地模仿实践中的状况。

　　PCIe 4.0的TP2校准的拓扑衔接如图5所示。与PCIe 3.0比较，除了参阅信道的结尾嵌入了一个封装损耗之外，其他的信道都是由实在的物理信道组成的。而且由于速率翻倍，在拓扑衔接中，链路损耗的预算时必需求将衔接线缆等的损耗计入在内。值得注意的是：封装损耗是在示波器之中嵌入的，而不是在SigTest中。这个参阅封装损耗是为了模仿实在状况下的芯片封装损耗，由于RC芯片（Root Complex）的封装一般比EP芯片（Endpoint）的封装要大，因此针对RC的参阅封装损耗为5dB；而针对EP的参阅封装损耗为3dB。

　　如前所述，在PCIe 4.0的校准进程中，需求参阅信道的ISI值，这就涉及到一个ISI pair的迭代进程，整个迭代进程的起点是-28 dB的端到端的损耗，根据核算出来的眼高/眼宽来确认下一个ISI pair；端到端的损耗调整规模为-27 dB ~ 30dB。泰克公司的PCIe Rx主动化软件能够供给链路端到端损耗的预算，用户能够自行决定是否继续进行ISI迭代。

　　LEQ的测验对测验仪器提出了很高的要求。它要求测验仪器能够完结协议等级的动态应对和练习。在工业界中，一般称这样的仪器为“协议感知”型仪器（Protocol-aware Instrument）。

　　泰克公司的BSX系列误码仪便是这样的一种协议感知型仪器，支撑的速率最高可到32Gbps；能够支撑多种规范协议，例如PCIe 3.0 & 4.0 & 5.0、USB 3.1 & 3.2等。别的，用户还能够通过自带的Pattern Sequencer功用完结各种自主开发的规范的测验。

　　关于PCIe 3.0 & 4.0来说，从状态机的视点，有两种办法进入环回形式，如图7所示：

　　若成功了进入了Loopback，那么后续的误码率测验就很简略。误码仪发送Modified Compliance Pattern，查看1012个比特数据；若不超越1个误码；那么就算通过；不然就未通过。

　　在实践的Rx LEQ的测验中，常常由于种种原因，无法进入到环回形式；或许就算进入到了环回形式，也存在较多的误码。这个时分，咱们就需求超出一致性测验；而进行一系列的调试作业，来找出根因（Root Cause）。

　　泰克公司PCIe Rx主动化测验软件，除了供给协会所要求的一致性测验之外，还供给了丰厚的调试功用。再配合上BSX系列的误码仪的通用调试功用，能够为用户供给全方位的灵敏性。

　　在进行Rx LEQ环回测验时，有两条数据通路：接纳数据通路和环回数据通路。由于Rx LEQ是针对接纳数据通路的测验，因此用户有必要保证不会由于环回数据通路的原因此导致误码仪的DET进行了误判。泰克的BSX系列的误码仪具有丰厚的眼图测验功用，如图8所示。这样用户再不进行任何拓扑衔接改动的状况下，就能够进行误码的调试。

　　用户能够运用泰克公司供给的“Empty A – Modified ComplianceB.ram”文件，就能够使得被测目标稳定地进入Compliance形式，然后通过这个ran文件进行码型切换，将被测目标的输出端切换到8Gbps或16Gbps，调查哪个预设定值能够给出最好的眼图。然后在图9中设置“Preset/Hint”成方才的预设置，就能够保证环回数据通路不会引进误判的误码。

　　假使排除了环回数据通路所引进的误判的误码；Rx LEQ依然存在误码。这个时分，用户需求进一步剖析误码的来历，比方说是否是DUT的均衡算法没有到达最优，然后没有像链路对端恳求最优的Tx EQ值。此刻，用户能够运用泰克公司供给的“BER Test”来对整个系数空间进行扫描，若测得的结果表明：在系数空间中存在一些系数组合能够到达没有误码，那么阐明DUT的均衡算法未到达最优。

　　在此基础上还能够进行裕度测验。泰克的主动化软件供给对Sj和DMSI的裕度测验，如图10、11所示。

　　泰克公司供给了业界抢先的关于PCIe 3.0 & 4.0的一致性处理计划，通过运用泰克公司的高功用的示波器、高功用的误码仪、以及灵敏的主动化软件，能够大大缩短用户的开发时刻，使得用户的产品在市场上更具竞争力。

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